Главная → Статьи

Расширяющиеся цементы

Портландцемент и материалы на его основе при твердении на воздухе обнаруживают усадку. Так, тесто на портландцементе при В/Ц = 0,45 имеет усадку на воздухе около 2,5 мм/м, а цементно-пес-чаный раствор на том же цементе « 1 мм/м. Из-за этого при бетонировании протяженных конструкций, например, покрытий полов, на них появляются трещины. В то же время в ряде случаев растрескивание бетона абсолютно недопустимо, например, для конструкций, работающих под давлением воды, таких как трубы, резервуары и т. п. Для этих целей применяют специальные расширяющиеся и безусадочные цементы (рис. 8.5).

Расширяющиеся цементы даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме при твердении. Безусадочные цементы — это расширяющиеся цементы, у которых расширение только компенсирует усадку, поэтому такие цементы как бы сами уплотняют себя, делая бетон водонепроницаемым.

Рис. 8.5. Линейные деформации различных цементов при твердении их сначала в воде, а затем на воздухе:
1 — обыкновенный цемент; 2 — безусадочный цемент; 3 — расширяющийся цемент

При использовании расширяющихся цементов в железобетонных конструкциях эффект расширения вяжущего может вызывать натяжение арматуры и, как следствие, сжатие самого бетона, что дополнительно защитит бетон от образования трещин (подробнее см. п. 13.1). Такие цементы называют напрягающими.

Эффект расширения вяжущего может быть достигнут различными методами. Например, путем образования газовых пузырьков в твердеющем тесте вяжущего или с помощью реакции гашения добавляемого в цемент СаО при переходе в Са(ОН)2 (см. п. 8.6). Эти методы применяют при решении различных задач. Например, метод гашения СаО используют при добыче крупных каменных блоков с помощью так называемого тихого взрыва.

Для строительных целей в основном используют цементы, в которых расширение достигается с помощью образования эттрингита — гидросульфоалюмината кальция ЗСаО * А1203 * 3CaS04- 32Н20. Образование эттрингита возможно при взаимодействии алюминатов и сульфатов кальция в водной среде; оно было рассмотрено при описании сульфатной коррозии портландцементного камня (см. п. 8.8).

Как видно из формулы, в состав эттрингита входит большое количество воды. Именно это обстоятельство обеспечивает эффект расширения: исходные твердые продукты, взаимодействуя друг с другом и гидратируясь (т. е. присоединяя воду), увеличиваются в объеме в 2—2,5 раза.

В твердеющем материале на расширяющемся цементе протекают два процесса — расширение, обусловленное процессом кристаллизации эттрингита с увеличением объема новообразований и ростом внутренних растягивающих напряжений, и препятствующий расширению процесс — рост прочности самого цементного камня.

Если образование эттрингита будет протекать раньше, чем у цементного камня появится хотя бы небольшая прочность, то эттрин-гит будет просто деформировать податливую гелеобразную массу и заметного расширения не произойдет.

Если эттрингит будет образовываться в то время, когда цементный камень набрал достаточно высокую прочность, то напряжения, обусловленные ростом кристаллов эттрингита в ограниченном объеме, могут вызвать падение прочности и даже разрушение цементного камня, как это имеет место при сульфатной коррозии.

Таким образом, главная задача при разработке составов расширяющихся и безусадочных вяжущих — правильный выбор не только количества образующегося эттрингита, но и момента его образования относительно процесса формирования структуры цементного камня. Для различных видов расширяющихся цементов период наиболее интенсивного и безопасного расширения цементного камня составляет от 12 ч до 3…7 сут в зависимости от свойств основного структурообразующего вяжущего.

Основными вяжущими в расширяющихся цементах могут быть: – алюминатные цементы (глиноземистый и др.); – силикатные цементы (портландцемент и др.); – сама расширяющаяся система (эттрингит).

Ниже приведены главнейшие виды расширяющихся и безусадочных цементов.

На основе портландцемента получают: – расширяющийся портландцемент (РПЦ), получаемый совместным помолом клинкера портландцемента (60…65%), высокоглиноземистых доменных шлаков (5..7%), двуводного гипса (7… 10%) и активных минеральных добавок. Сроки схватывания и прочностные характеристики соответствуют портландцементу (марки 400, 500 и 600). Линейное расширение на воздухе через 28 сут — не менее 0,1%; – напрягающий цемент (НЦ), разработанный В.В. Михайловым, получают совместным помолом клинкера портландцемента (65…75%), двуводного гипса (6… 10%) и высокоглиноземистого компонента (13…20%). Сроки схватывания: начало — не ранее 30 мин, конец — не позднее 4 ч. Прочность через 1 сут — не менее 15 МПа; через 28 сут — не менее 50 МПа.

В случае изготовления железобетонной конструкции на напрягающем цементе энергия расширения вяжущего частично идет на создание растягивающих напряжений в арматуре. Реакция арматуры вызывает в бетоне сжимающие напряжения. Таким образом, получаются самонапряженные железобетонные конструкции высокой плотности и трещиностойкости. Такой метод самонапряжения используется при бетонировании емкостей для хранения газов и жидкостей, устройстве гидроизоляционных слоев. Например, при бетонировании чаши стадиона в Лужниках, которая одновременно является и полом, на котором находятся скамьи для зрителей, и крышей для помещений внизу, для обеспечения водонепроницаемости использовалась смесь на основе напрягающего цемента.

На основе алюминатных вяжущих производят: – водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ), получаемый совместным помолом глиноземистого цемента (70%), гипса (20%) и высокоосновного гидроалюмината кальция (10%). ВРЦ — быстрое-хватывающееся (минуты) и быстротвердеющее вяжущее (Лсж через 6 ч — не менее 7,5 МПа; через 3 сут — не ниже 30 МПа). Расширение на воздухе через 1 сут — не менее 0,05%, через 28 сут — не менее 0,02%; – гипсоглиноземистый цемент (разработан И. В. Кравченко) получают совместным помолом высокоглиноземистых шлаков (70%) и двуводного гипса (30%). Этот цемент схватывается в течение 2…4 ч и быстро твердеет; Rcx через 3 сут — 40…50 МПа. Расширение через 28 сут при твердении на воздухе — не менее 0,1%.

В настоящее время в роли безусадочных и расширяющихся вяжущих стали использовать гипсоалюминатные системы, основным и часто единственным продуктом твердения которых является эттрингит. Бетоны и растворы на таких вяжущих быстро твердеют, достигая прочности 30…50 МПа через 1…3 сут в воздушно-сухих условиях. Прототипом таких смесей является гипсоглиноземистый цемент И.В. Кравченко.

Для обеспечения образования эттрингита в смесях с безусадочными и расширяющимися цементами должна присутствовать вода в продолжение всего времени твердения. Эттрингит при нагреве выше 80… 100 °С начинает отдавать кристаллизационную воду, что сопровождается снижением прочности. Эти обстоятельства необходимо учитывать при использовании расширяющихся цементов.

Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяющихся и безусадочных вяжущих — бесшовные тонкослойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади, получаемые из сухих смесей. С помощью полимерных модификаторов таким смесям придают свойство самовыравнивания, а эффект безусадочное гарантирует трещиностойкость. Быстрое твердение и защитные полимерные добавки обеспечивают необходимое количество воды для протекания полной гидратации без какого-либо специального ухода.

Ваш отзыв